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Graphen: Der neue Superman der Materialien

Graphen: Der neue Superman der Materialien


Graphen hatte 2016 ein außergewöhnliches Jahr. Das Material wurde zum Supraleiter. Es stärkte neue Innovationen. Es begann sogar, die Farbe zu ändern. Graphen hält jedoch noch eine Überraschung bereit.

Eine neue Studie hat gezeigt, dass die Elektronen von Graphen schneller reagieren als bisher angenommen. Somit kann Graphen weitaus mehr elektrischen Strom verarbeiten als andere Materialien und festigt seinen Platz als elektronischer Baustein.

Ein Team des Österreichischen Instituts für Angewandte Physik an der TU Wien hat gezeigt, wie schnell die Elektronen in Graphen sein können. Der Aufprall von Xenonionen auf einen hoch geladenen Graphenfilm führte dazu, dass Elektronen von einem Punkt abgestreift wurden. Jedes Xenonatom kann 20 Elektronen in einem Bereich entfernen. Da jedes Kohlenstoffatom nur sechs Elektronen hat, hätte das Xenon die Stabilität von Graphen leicht ruinieren können.

[Bildquelle: Gruber et al., Eurekalert]

"Die Stromdichte ist etwa 1000-mal höher als die, die unter normalen Umständen zur Zerstörung des Materials führen würde", sagte eine der Forscherinnen, Elisabeth Gruber.

Was die Forscher schockierte, war die Fähigkeit des Materials, die Elektronen an diesen Stellen in nur Femtosekunden (eine Billionstelsekunde) zu ersetzen.

In jedem anderen Material würden sich die Elektronen bewegen, um die Lücken zu flicken und die Stabilität wiederherzustellen. Dies würde jedoch nicht schnell genug geschehen und die Struktur des Materials würde effektiv beeinträchtigt. Teammitglied Richard Wilhelm vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Deutschland erklärte es als solches:

"Was Sie jetzt erwarten würden, ist, dass sich diese positiv geladenen Kohlenstoffionen gegenseitig abstoßen, in einer sogenannten Coulomb-Explosion davonfliegen und eine große Lücke im Material hinterlassen. Aber erstaunlicherweise ist das nicht der Fall. Die positive Ladung im Graphen wird fast augenblicklich neutralisiert. "

Die Struktur von Graphen besteht aus einem Atom dicken Kohlenstoff in einem Gitternetzwerk. Im Nanomaßstab zeigt es einige unglaubliche Eigenschaften. Graphen kann als Supraleiter dienen. Es ist unglaublich stark und hart und dennoch flexibel für die Produktion. Bisher muss jedoch noch niemand genau bestimmen, woher Graphen diese Eigenschaften bezieht.

[Bildquelle: ZMeScience]

Obwohl die Forscher nicht alle Geheimnisse der Substanz kennen, hoffen sie, diese Eigenschaften in hocheffizienter Elektronik nutzen zu können.

"Die Hoffnung ist, dass es aus diesem Grund möglich sein wird, Graphen zum Aufbau ultraschneller Elektronik zu verwenden. Graphen scheint auch hervorragend für den Einsatz in der Optik geeignet zu sein, beispielsweise zum Verbinden optischer und elektronischer Komponenten", sagte der leitende Forscher Professor Fritz Aumayr.

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